韓永森 程嵩

摘 ?要：混合式教學(xué)能夠充分發(fā)揮課堂教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)優(yōu)勢。文章建設(shè)了電力系統(tǒng)過電壓課程的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，然后將混合式教學(xué)方式應(yīng)用到課程教學(xué)中，實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為中心的工程教育理念，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的能力，提高教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：混合式教學(xué);電力系統(tǒng)過電壓;學(xué)生為中心;網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺

中圖分類號：G642 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2020）29-0102-03

Abstract： Blended teaching method can make full use of the advantages of classroom teaching and network teaching. In this paper， the network teaching platform for the power system overvoltage course is firstly built. The blended teaching method is then applied to the course teaching， realizing the student-centered engineering education concept. It also develops students' ability to solve complex problems and improves the teaching quality.

Keywords： blended teaching; power system overvoltage; student-centered; network teaching platform

“電力系統(tǒng)過電壓”課程是電氣工程及其自動化專業(yè)的重要專業(yè)課之一。該課程主要從電磁暫態(tài)基礎(chǔ)、雷電過電壓和內(nèi)部過電壓三個方面分析過電壓的形成機(jī)理及保護(hù)措施，確立過電壓保護(hù)措施和方法，涵蓋數(shù)學(xué)、電磁學(xué)、電路和電力工程基礎(chǔ)等多學(xué)科知識的交叉和綜合，不僅理論性強(qiáng)，還與工程實(shí)踐密切相關(guān)。然而，該課程也存在著概念抽象，理論推導(dǎo)繁瑣，缺少必要的工程實(shí)踐環(huán)節(jié)等不足。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)已經(jīng)難以吸引學(xué)生注意力，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，也不利于鍛煉學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。

以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、信息技術(shù)和教育教學(xué)為依托的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺是一種教學(xué)資源共享性和互動性均較強(qiáng)的教學(xué)輔助工具。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)方式能夠奉行“以學(xué)生為中心”的工程教育理念，有益于增加教師和學(xué)生以及學(xué)生和學(xué)生之間的知識互動，而且?guī)缀醪皇軙r間和空間限制，只要在有網(wǎng)絡(luò)和計算機(jī)（或者移動設(shè)備）的條件下就能夠?qū)崿F(xiàn)課程教學(xué)的目的。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺為本課程的教學(xué)改革提供了重要的工具。

混合式教學(xué)是一種實(shí)用性強(qiáng)的教學(xué)方式，是課堂教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的有機(jī)結(jié)合，能夠充分發(fā)揮二者的教學(xué)優(yōu)勢，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有助于提高課程教學(xué)質(zhì)量?；诖耍疚慕ㄔO(shè)了“電力系統(tǒng)過電壓”課程的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，并且采用“課堂+網(wǎng)絡(luò)”的混合式教學(xué)方式開展了教學(xué)工作，取得了較好的教學(xué)效果。

一、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的建設(shè)

超星泛雅平臺及其學(xué)習(xí)通APP為教師和學(xué)生提供了一個課程管理、資源共享和在線直播等功能集成于一體的虛擬教學(xué)課堂，有助于發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性。教師可以通過超星泛雅平臺發(fā)布課程資源和管理虛擬課堂，還可以通過超星泛雅平臺的學(xué)習(xí)通APP，在移動設(shè)備終端上跟蹤學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，回答學(xué)生的知識疑惑等。學(xué)生可以通過學(xué)習(xí)通APP隨時隨地地查看課程內(nèi)容，回答問題和提交作業(yè)等。結(jié)合超星泛雅平臺及其學(xué)習(xí)通APP的功能和哈爾濱理工大學(xué)“電力系統(tǒng)過電壓”的課程特點(diǎn)，我們建設(shè)了該課程的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺。首先，在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的首頁上公布本課程的基本信息，包括學(xué)分、學(xué)時、課程介紹、教師團(tuán)隊(duì)、參考教材和課程章節(jié)等。此外，還需要認(rèn)真、合理地構(gòu)建課程的主要資源。

（一）課件資源的建設(shè)

課件是網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的重要組成部分，是學(xué)生在互聯(lián)網(wǎng)上學(xué)習(xí)課程的重要依據(jù)。與傳統(tǒng)課堂教學(xué)內(nèi)部同步的教學(xué)課件，是提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率的關(guān)鍵。根據(jù)我校教學(xué)大綱的規(guī)定，“電力系統(tǒng)過電壓”課程的教學(xué)內(nèi)容主要包括電磁暫態(tài)基礎(chǔ)（分為集中參數(shù)電路、長輸電線路和變壓器的暫態(tài)過程三章）、雷電過電壓（分為雷電參數(shù)及其防雷措施和輸電線路的防雷保護(hù)兩章）和內(nèi)部過電壓（分為工頻過電壓、諧振過電壓和操作過電壓三章）三大部分。以課堂教學(xué)內(nèi)容為主要依據(jù)，同時本著源于課堂且又高于課堂的原則制作網(wǎng)絡(luò)教學(xué)課件。例如，在分析并聯(lián)電抗器對長輸電線路電容效應(yīng)引起的工頻過電壓影響規(guī)律時，課堂教學(xué)主要是圍繞著輸電線路末端并聯(lián)電抗器的情況展開的，而且市面上的教材也是從這個角度出發(fā)的。因?yàn)檫@種情況最簡單，也容易讓學(xué)生理解工頻過電壓的形成機(jī)理。然而，事實(shí)卻證明學(xué)生對于輸電線路上任意位置處并聯(lián)電抗器情況下工頻過電壓的分析卻存在著困難。教學(xué)經(jīng)驗(yàn)表明：僅有不到3%的學(xué)生能夠準(zhǔn)確地分析出任意位置處并聯(lián)電抗器對工頻過電壓的作用規(guī)律。在制作課件時，任課教師不僅需要將課堂或教材中的工頻過電壓內(nèi)容整理成為課件內(nèi)容，同時還在課件中提供分析長輸電線路任意位置處并聯(lián)電抗器對工頻過電壓作用的分析方法，使學(xué)生全面、深入地掌握課程知識。

該課程是大三年級的一門專業(yè)課，其前導(dǎo)課程包括高等數(shù)學(xué)、電路、電磁場和電力工程基礎(chǔ)等。熟練地掌握前導(dǎo)課程的知識有助于幫助學(xué)生理解本課程的過電壓知識。例如，一階集中參數(shù)電路的暫態(tài)過程可以通過“高等數(shù)學(xué)”課程中的一階微分方程或者“電路”課程中的一階電路的全響應(yīng)公式進(jìn)行分析。由于前導(dǎo)課程和本課程的知識側(cè)重點(diǎn)的不同，本課程教材只是一筆帶過了暫態(tài)函數(shù)表達(dá)式的求解過程，而直接給出了具體的表達(dá)式，這讓許多學(xué)生感覺到困惑，也很難讓學(xué)生將之與所學(xué)過的知識聯(lián)系到一起去。為了提高課程教學(xué)效率，需要在課件中適當(dāng)?shù)匾肭皩?dǎo)課程知識，諸如簡要的描述一階電路的全響應(yīng)函數(shù)的求解方法。

該課程涉及到很多抽象的概念，而且教材中還缺少必要的示意圖。例如，一階集中參數(shù)電路暫態(tài)過程的教材內(nèi)容僅包含暫態(tài)函數(shù)表達(dá)式和文字描述，而沒有典型的暫態(tài)波形。繁瑣的公式和單調(diào)的文字描述，容易讓學(xué)生失去看教材和認(rèn)真聽課的興趣。為此，任課教師應(yīng)該通過圖形處理工具或者仿真軟件，制作生動、形象地演示案例或仿真案例，并且將案例以靜態(tài)或動態(tài)圖片的形式展示在課件中，進(jìn)而將抽象的概念或空洞的教材內(nèi)容形象化，易于吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生參與課程教學(xué)的主動性。

（二）作業(yè)庫的建設(shè)

根據(jù)每一章的教學(xué)內(nèi)容，將本章的重要知識點(diǎn)整理成課后作業(yè)，以便于學(xué)生掌握課程的重點(diǎn)知識，達(dá)到加深知識的理解和靈活運(yùn)用知識的目的。這種課后作業(yè)由名詞解釋、填空、單選題、簡答和計算題中的四種或者五種題型構(gòu)成，從不同的角度考察學(xué)生的知識掌握和應(yīng)用情況。每章的作業(yè)題都配有完整的答案，以便于學(xué)生核對作業(yè)完成情況。此外，因?yàn)楸菊n程知識在電氣工程及其自動化專業(yè)本科生的就業(yè)和研究生入學(xué)考試中占有一定重要的比例，所以任課教師在設(shè)計課后作業(yè)時，有必要參考電網(wǎng)考試試題和研究生入學(xué)考試試題。例如，彼德遜法則是長線路中暫態(tài)過程的重要教學(xué)內(nèi)容，也是歷年就業(yè)和研究生入學(xué)考試中重要考點(diǎn)，在課后作業(yè)中加入考試真題，不僅能夠拓寬學(xué)生的視野，還能夠直接將課程知識與就業(yè)和考研聯(lián)系到一起，吸引學(xué)生的注意力。

除了課后作業(yè)之外，作業(yè)庫中還包括隨堂作業(yè)。通常情況下，任課教師在傳統(tǒng)課堂教學(xué)過程中會適當(dāng)?shù)夭贾谜n堂作業(yè)，以檢查學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)情況。任課教師可以將隨堂作業(yè)整理之后融入到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的作業(yè)庫之中，以備不時之需。

（三）共享資料庫的建設(shè)

由于教學(xué)大綱和學(xué)時的限定，在傳統(tǒng)課堂教學(xué)中，任課教師采用理論解析法分析過電壓的形成機(jī)理，這種方法僅僅適合于簡單的等效電路情況，易于讓學(xué)生理解過電壓的具體分析方法，但是對于復(fù)雜等效電路情況卻幾乎無能為力。數(shù)值分析法是分析復(fù)雜等效電路情況下過電壓變化規(guī)律的重要方法，其圖形可視化結(jié)果也更容易讓學(xué)生理解抽象的概念。為此，任課教師將數(shù)值分析軟件（本課程以Matlab為主要數(shù)值分析軟件）基礎(chǔ)知識、使用方法和相關(guān)演示程序匯總在一起形成共享資料庫，有利于學(xué)生掌握數(shù)值分析軟件的使用方法，增加就業(yè)優(yōu)勢，還有益于學(xué)生對課程知識的深入理解。例如，任課教師將一階集中參數(shù)電路課件中的演示案例源程序做好注釋，然后將該程序代碼分享到共享資料庫，學(xué)生能夠自由下載源程序。類似的源程序還有二階集中參數(shù)電路的暫態(tài)過程、直角波電壓作用下變壓器繞組的波過程和工頻過電壓等教學(xué)內(nèi)容的源程序。

課程設(shè)計是本課程的重要組成部分，是學(xué)生運(yùn)用知識解決工程問題的主要途徑。本課程設(shè)計通過微課題的形式進(jìn)行。微課題源于課程教學(xué)內(nèi)容，同時又具有一定的工程實(shí)踐特點(diǎn)。在課堂教學(xué)中，任課教師將微課題題目發(fā)布給學(xué)生，讓學(xué)生自行收集和整理資料。為了幫助學(xué)生合理地利用網(wǎng)絡(luò)資源查找資料和開展微課題研究，避免走入誤區(qū)，任課教師將科技資料的收集和整理方法形成文件，同時為每個微課題題目提供若干個參考資料。然后，將該文件、參考資料和微課題題目信息等打包成組上傳到共享資料庫中，學(xué)生能夠隨時了解微課題的題目，設(shè)計要求和提交規(guī)范等，進(jìn)而有目的地、高效率地完成課程設(shè)計內(nèi)容。

（四）討論話題的構(gòu)建

首先，由任課教師從實(shí)際生活角度出發(fā)組織討論話題，用實(shí)際的過電壓問題引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。比如，我們身邊是否出現(xiàn)過過電壓現(xiàn)象呢？普遍學(xué)生反映：在打雷的天氣里，遇到過變壓器爆炸而導(dǎo)致停電的情況，或者是電視、電腦被瞬間燒壞了的情況。然后，任課教師再根據(jù)學(xué)生的回答提出一個或者多個問題。例如，有沒有聽說過富蘭克林的風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)？打雷一定會引發(fā)過電壓現(xiàn)象嗎？是什么原因?qū)е伦儔浩鞅ǖ哪?？讓學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識自由討論，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維和解決實(shí)際問題的能力。

討論話題還應(yīng)該圍繞課程教學(xué)內(nèi)容展開，進(jìn)而引起學(xué)生的學(xué)習(xí)共鳴，鍛煉學(xué)生的邏輯思維能力。例如，長輸電線路上的波過程是與行波（電壓波或者電流波）的傳播速度密切相關(guān)的，那么這個傳播速度是電荷的傳播速度，還是電磁場的傳播速度呢？當(dāng)學(xué)生在討論區(qū)各抒己見的時候，任課教師應(yīng)當(dāng)正確引導(dǎo)學(xué)生的討論方向，避免學(xué)生偏離主題的無效討論。討論結(jié)束后，任課教師對本次討論話題進(jìn)行總結(jié)，加深學(xué)生對討論話題的思考，同時也促進(jìn)任課教師對教學(xué)過程的反思。討論話題也可以由學(xué)生發(fā)起，但任課教師應(yīng)該給予足夠的重視和幫助，以形成教師和學(xué)生、學(xué)生和學(xué)生互動討論的良好氛圍，有助于促進(jìn)學(xué)生對課程知識的理解和應(yīng)用。

二、混合式教學(xué)的實(shí)踐

本課程的課堂教學(xué)以板書教學(xué)方式為主，聲情并茂的講授方式易于吸引學(xué)生的注意力，條理清晰、層次分明的板書便于學(xué)生記錄和記憶過電壓知識。但是，板書教學(xué)方式難以生動、形象地描述抽象的概念或現(xiàn)象，比如輸電線路上的行波折反射和雷電的形成過程等。在講解到這些抽象的概念時，教師允許學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上的課件瀏覽和學(xué)習(xí)形象化和具體化的過電壓概念或現(xiàn)象。通過這種方式，學(xué)生能夠相對容易地接受過電壓知識。因此，“課堂+網(wǎng)絡(luò)”的混合式教學(xué)有利于提高課程教學(xué)效率。

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)課件和課堂教學(xué)內(nèi)容的同步使得學(xué)生能夠進(jìn)行有效地預(yù)習(xí)或復(fù)習(xí)課程知識，易于讓學(xué)生對課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)知識做到心中有數(shù)，跟得上課堂教學(xué)中教師的講課思路;也能夠及時發(fā)現(xiàn)自身的知識漏洞，有助于鍛煉獨(dú)立學(xué)習(xí)和邏輯思考的能力。學(xué)生可以將預(yù)習(xí)或復(fù)習(xí)中遇到的問題在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上咨詢教師，也可以在課堂教學(xué)中與教師討論，教師要認(rèn)真、耐心地解釋學(xué)生的疑難問題。在課堂教學(xué)中，教師以網(wǎng)絡(luò)教學(xué)課件內(nèi)容為主線，同時堅持“學(xué)生為中心”的工程教育理念，密切關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，注意營造良好的課堂氣氛，通過啟發(fā)式提問、教學(xué)案例和邏輯推理等教學(xué)方法、強(qiáng)化過電壓的重點(diǎn)和難點(diǎn)知識。當(dāng)課堂教學(xué)涉及到微課題相關(guān)內(nèi)容時，教師應(yīng)當(dāng)結(jié)合具體的仿真案例和教學(xué)案例，站在學(xué)生的角度將相關(guān)內(nèi)容的分析和解決方法詳細(xì)地講解出來。與此同時，教師還應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生正確使用網(wǎng)絡(luò)平臺上共享資料庫，潛移默化地培養(yǎng)學(xué)生分析和解決過電壓實(shí)際問題的能力。

在講授完每章課堂教學(xué)內(nèi)容之后，教師及時從網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的作業(yè)庫中調(diào)取課后作業(yè)并發(fā)布給學(xué)生，并通知學(xué)生在限定的時間之內(nèi)完成。學(xué)生可以直接將選擇題和文字描述題的答案輸入到作業(yè)界面。對于作圖題和計算題，學(xué)生需要在簽名的草紙上作答并且拍照，然后將照片上傳到作業(yè)界面。當(dāng)?shù)竭_(dá)指定期限之后，網(wǎng)絡(luò)平臺將自動公布答案，學(xué)生可以自行核對作業(yè)答案并將有疑問的答案通過網(wǎng)絡(luò)平臺與教師進(jìn)行溝通。教師要認(rèn)真地統(tǒng)計易錯題和難題，并且在課堂或網(wǎng)絡(luò)平臺上對本次作業(yè)完成情況進(jìn)行點(diǎn)評，還需要對作業(yè)庫進(jìn)行必要的維護(hù)和更新。

混合式教學(xué)促進(jìn)了“電力系統(tǒng)過電壓”課程教學(xué)從單一的課堂講授逐漸地過渡到課堂講授與網(wǎng)絡(luò)平臺上的多媒體課件、作業(yè)、共享資源和討論話題等教學(xué)資源有機(jī)結(jié)合的授課階段，豐富了課程的教學(xué)內(nèi)容，易于引起學(xué)生的興趣?；旌鲜浇虒W(xué)實(shí)現(xiàn)了“學(xué)生為中心”的工程教育理念，鍛煉學(xué)生的邏輯思維能力、創(chuàng)新能力和解決復(fù)雜工程問題的能力，適應(yīng)學(xué)生的個性學(xué)習(xí)需求，充分發(fā)揮學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。同時，學(xué)生可以隨時隨地地學(xué)習(xí)課程內(nèi)容，并且能夠及時地與教師或其他同學(xué)進(jìn)行知識交流，加深對課程知識的理解。

三、結(jié)束語

電力系統(tǒng)過電壓課程是理論性和工程實(shí)踐性比較強(qiáng)的一門專業(yè)課程。通過建設(shè)資源豐富的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，為混合式教學(xué)提供了重要保障。采用“課堂+網(wǎng)絡(luò)”的混合式教學(xué)不僅豐富了該課程的教學(xué)內(nèi)容，吸引了學(xué)生的學(xué)習(xí)注意力，提高了教學(xué)質(zhì)量;還實(shí)現(xiàn)了“學(xué)生為中心”的工程教育理念，充分發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和積極性，使學(xué)生更好地掌握和運(yùn)用課程知識。

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